CN107096364B - 用于选择性吸收so2的咪唑聚合物吸收剂及其应用 - Google Patents

用于选择性吸收so2的咪唑聚合物吸收剂及其应用 Download PDF

Info

Publication number
CN107096364B
CN107096364B CN201710297234.0A CN201710297234A CN107096364B CN 107096364 B CN107096364 B CN 107096364B CN 201710297234 A CN201710297234 A CN 201710297234A CN 107096364 B CN107096364 B CN 107096364B
Authority
CN
China
Prior art keywords
absorbent
imidazole
absorption
polymer
connection
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710297234.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107096364A (zh
Inventor
张吕鸿
杨华伟
顾文豪
澹台晓伟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin University
Original Assignee
Tianjin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin University filed Critical Tianjin University
Priority to CN201710297234.0A priority Critical patent/CN107096364B/zh
Publication of CN107096364A publication Critical patent/CN107096364A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107096364B publication Critical patent/CN107096364B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/77—Liquid phase processes
    • B01D53/78—Liquid phase processes with gas-liquid contact
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • B01D53/48—Sulfur compounds
    • B01D53/50—Sulfur oxides

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • Gas Separation By Absorption (AREA)

Abstract

本发明公开了一种用于选择性吸收SO2的复合式吸收剂及其应用，属于环境保护和气体净化领域。该吸收剂包括以下组分：咪唑类聚合物，质量百分含量为10～50％；抗氧化剂，质量百分数为0.01～0.2％；活化添加剂，质量百分含量为3.00～10.00％；余量为水。本发明利用咪唑官能团结构中3位上N原子较适宜的碱性，根据PH缓冲液原理，考虑到聚合物的难挥发性和热稳定性，提出一种咪唑聚合物水溶液吸收剂，其制备工艺简单，成本低；对SO2的吸收选择性高，吸收效率高，SO2可资源化。

Description

用于选择性吸收SO2的咪唑聚合物吸收剂及其应用
技术领域
本发明属于环境保护和气体净化领域，尤其是涉及一种用于选择性吸收SO2 的咪唑聚合物吸收剂及其应用。
背景技术
SO2是主要的大气污染物之一，SO2的大量排放是形成酸雨、雾霾等环境问题的主要原因。大气中二氧化硫主要来自煤炭等石燃料的烧，因此烟气中二氧化硫的控制排放是大气污染控制的主要任务。2011～2015年，我国二氧化硫排放总量都在2000万吨左右，位居世界第一。随着环境保护意识的提高和对空气污染物排放的要求日益严格，对烟气脱硫技术提出了更高的要求。
烟气脱硫技术多种多样，世界各国从20世纪50年代开始研究脱硫技术，至今脱硫技术已达200多种。按脱硫产物的干湿形态，烟气脱硫又可分为湿法、半干法和干法烟气脱硫。目前，烟气脱硫技术中最为成熟的为湿法技术，占总装机量的85％，其中以石灰石/石膏湿法占36.7％，另外，还有氨‐硫酸铵法，MgO法、活性炭法、钠碱法、电子催化氧化法、钠碱循环吸收法等。湿法脱硫技术尽管脱除效率较高达90％以上，脱硫剂利用率高，但其设备费用约相当于发电厂全部建设费用的10％，且运行费用昂贵，管理维护困难，产生二次污染。传统的非资源化SO2脱除技术消耗吸收剂的同时产生大量废水，使之不符合绿色化工的理念。因此，开发高效合理低能耗的资源化SO2脱除技术具有重大意义。
发明内容
本发明基于咪唑官能团结构中3位上N原子较适宜的碱性，根据PH缓冲液原理，考虑到聚合物的难挥发性和热稳定性，提出一种咪唑聚合物水溶液吸收剂，其制备工艺简单，成本低；对SO2的吸收选择性高，吸收效率高，SO2可资源化。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种用于选择性吸收SO2的咪唑聚合物吸收剂，所述吸收剂包括以下组分：水，咪唑类聚合物，抗氧化剂，活化添加剂；其中，所述咪唑类聚合物的通式为：
Figure BDA0001283362610000011
进一步的，其对应的单体为1-乙烯基咪唑，所述1-乙烯基咪唑单体结构单元间的连接形式为头-尾连接、尾-尾连接或头-头连接；其中：
所述头-尾连接是指以如下形式进行连接：
Figure BDA0001283362610000021
所述尾-尾连接是指以如下形式进行连接：
Figure BDA0001283362610000022
所述头-头连接是指以如下形式进行连接：
Figure BDA0001283362610000023
进一步的，所述通式中R1和R2为聚合物端基，是由于聚合过程引发剂的自由基残基造成。
进一步的，所述的咪唑类聚合物的分子量位于1000～100000的区间内；优选的，咪唑聚合物的分子量为1000～5000。分子量过大会导致吸收剂黏度过大，进而影响吸收剂的吸收性能，会降低原子经济性，降低单位质量吸收剂的SO2吸收量。
进一步的，所述抗氧化剂选自对苯二酚及其衍生物、邻苯二酚及其衍生物、蒽醌及其衍生物中的至少一种。
进一步的，活化添加剂选自醇胺类物质、二胺类物质、咪唑类物质等；优选的，选自N-甲基二乙醇胺及其衍生物、哌嗪及其衍生物、乙二胺及其衍生物、咪唑及其衍生物中的一种或多种。
进一步的，所述咪唑类聚合物的质量百分含量为10～50％，所述抗氧化剂的质量百分数为0.01～0.2％，所述活化添加剂的质量百分含量为3.00～10.00％，余量为水。咪唑类聚合物是起到吸收作用的主要成分，抗氧化剂能够起到抗氧化作用，活化添加剂能够促进咪唑类聚合物的溶解，降低体系粘度，并起到一定的吸收作用，水是吸收过程的反应物之一，因此按照上述配比才能达到理想的吸收效果。
进一步的，所述的吸收剂用于SO2吸收。
本发明吸收SO2的原理是：
SO2首先与体系中的H2O反应生成H2SO3，体系中的咪唑类聚合物和活化添加剂均能够发生质子化反应，消耗体系中的氢离子，促进H2SO3的电离，从而实现吸收SO2的目的。咪唑类聚合物和活化添加剂所发生的质子化反应是基于其适宜的碱性；咪唑类聚合物和活化添加剂均能够在较高温度下发生去质子化反应，实现SO2的解吸。
本发明的吸收剂由水，咪唑类聚合物，抗氧化剂，活化添加剂组成，其原因在于：咪唑类聚合物是本发明中吸收SO2的主要物质，活化添加剂本身可以吸收一部分SO2，它的另一个作用是提高聚合物在体系中的溶解度并降低体系黏度从而促进吸收过程的进行。水是体系中形成H2SO3的反应物，因此也必不可少。
相对于现有技术，本发明具有以下优势：
1.多组分协同吸收，SO2吸收量大，吸收效率高。
2.咪唑类低聚物具有较高热稳定性和难挥发性，有利于吸收剂的长期使用。
3.采用碱性适宜的吸收剂，从而能够可逆的吸收SO2，SO2可资源化。
4.提供了一种新型的可吸收SO2的吸收剂，制备工艺简单，成本低。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
称取平均分子量为2000的聚1-乙烯基咪唑15.30g，对苯二酚0.20g，哌嗪 3.50g，水30.60g制成吸收剂，分别利用纯SO2气体和SO2含量为1.2Vol％(体积百分数，下同)的混合气体在30℃下进行吸收实验。
该吸收剂对纯SO2气体的吸收量15.84g，单位吸收量为0.32g/g(SO2/吸收剂)。该吸收剂在混合气体的流量为400ml/min下的脱硫率达到98.8％。
对比例1
称取平均分子量为2000的聚1-乙烯基咪唑15.30g，对苯二酚0.20g，水 34.10g制成吸收剂，分别利用纯SO2气体和SO2含量为1.2Vol％(体积百分数，下同)的混合气体在30℃下进行吸收实验。
该吸收剂对纯SO2气体的吸收量14.32g，单位吸收量为0.29g/g(SO2/吸收剂)。该吸收剂在混合气体的流量为400ml/min下的脱硫率达到92.8％。
对比例1与实施例1的不同之处在于，对比例1中未添加活化添加剂，而是将其替换为水，此时，相对于实施例1，吸收剂的单位吸收量大大下降。
对比例2
称取平均分子量为50000的聚1-乙烯基咪唑15.30g，对苯二酚0.20g，哌嗪3.50g，水30.60g制成吸收剂，分别利用纯SO2气体和SO2含量为1.2Vol％(体积百分数，下同)的混合气体在30℃下进行吸收实验。
该吸收剂对纯SO2气体的吸收量15.73g，单位吸收量为0.32g/g(SO2/吸收剂)。该吸收剂在混合气体的流量为400ml/min下的脱硫率达到83.8％。
对比例2与实施例1的不同之处在于，对比例2中使用分子量较大的聚乙烯基咪唑，造成吸收剂体系粘度较大，此时，相对于实施例1，吸收剂的脱硫效率大大下降。
对比例3
称取平均分子量为2000的聚1-乙烯基咪唑28.30g，对苯二酚0.20g，哌嗪 3.50g，水20.60g制成吸收剂，分别利用纯SO2气体和SO2含量为1.2Vol％(体积百分数，下同)的混合气体在30℃下进行吸收实验。
该吸收剂对纯SO2气体的吸收量22.09g，单位吸收量为0.42g/g(SO2/吸收剂)。该吸收剂在混合气体的流量为400ml/min下的脱硫率达到89.8％。
对比例3与实施例1的不同之处在于，对比例3中使用了聚乙烯基咪唑含量为53.8％的吸收剂，超过该组分的优选含量，造成吸收剂体系粘度较大，此时，相对于实施例1，吸收剂的脱硫效率有一定下降。同时，虽然吸收剂的单位吸收量有较大提高，但是主要吸收剂聚乙烯基咪唑的经济效益降低，提高了工业成本。
对比例4
称取平均分子量为2000的聚1-乙烯基咪唑15.30g，对苯二酚0.20g，哌嗪 0.95g，水32.60g制成吸收剂，分别利用纯SO2气体和SO2含量为1.2Vol％(体积百分数，下同)的混合气体在30℃下进行吸收实验。
该吸收剂对纯SO2气体的吸收量14.71g，单位吸收量为0.30g/g(SO2/吸收剂)。该吸收剂在混合气体的流量为400ml/min下的脱硫率达到94.6％。
对比例4与实施例1的不同之处在于，对比例4中使用的吸收剂的活化剂含量为1.9％，此时，相对于实施例1，吸收剂的单位吸收量有明显下降。
对比例5
称取平均分子量为2000的聚1-乙烯基咪唑15.30g，对苯二酚0.20g，哌嗪 5.95g，水30.60g制成吸收剂，分别利用纯SO2气体和SO2含量为1.2Vol％(体积百分数，下同)的混合气体在30℃下进行吸收实验。
该吸收剂对纯SO2气体的吸收量17.18g，单位吸收量为0.33g/g(SO2/吸收剂)。该吸收剂在混合气体的流量为400ml/min下的脱硫率达到98.9％。
对比例5与实施例1的不同之处在于，对比例5中使用的吸收剂的活化剂含量为11.3％，此时，相对于实施例1，吸收剂的单位吸收量提升量极小，超出优选含量之后继续提高活化剂的含量对吸收量的提升作用不再明显，经济性降低。
实施例2
称取平均分子量为2000的聚1-乙烯基咪唑14.90g，蒽醌0.25g，1-甲基咪唑4.70g，水30.20g制成吸收剂，分别利用纯SO2气体和SO2含量为1.2Vol％(体积百分数，下同)的混合气体在30℃下进行吸收实验。
该吸收剂对纯SO2气体的吸收量16.54g，单位吸收量为0.33g/g(SO2/吸收剂)。该吸收剂在混合气体的流量为400ml/min下的脱硫率达到99.1％。
实施例3
称取平均分子量为2000的聚1-乙烯基咪唑14.10g，邻苯二酚0.15g，N-甲基二乙醇胺4.90g，水30.80g制成吸收剂，分别利用纯SO2气体和SO2含量为 1.2Vol％(体积百分数，下同)的混合气体在30℃下进行吸收实验。
该吸收剂对纯SO2气体的吸收量14.94g，单位吸收量为0.30g/g(SO2/吸收剂)。该吸收剂在混合气体的流量为400ml/min下的脱硫率达到98.3％。
实施例4
称取平均分子量为1000的聚1-乙烯基咪唑15.30g，对苯二酚0.20g，哌嗪 3.50g，水30.60g制成吸收剂，分别利用纯SO2气体和SO2含量为1.2Vol％(体积百分数，下同)的混合气体在30℃下进行吸收实验。
该吸收剂对纯SO2气体的吸收量16.37g，单位吸收量为0.33g/g(SO2/吸收剂)。该吸收剂在混合气体的流量为400ml/min下的脱硫率达到99.0％。
实施例4
称取平均分子量为1000的聚1-乙烯基咪唑15.30g，对苯二酚0.20g，哌嗪 3.50g，水30.60g制成吸收剂，分别利用纯SO2气体和SO2含量为1.2Vol％(体积百分数，下同)的混合气体在30℃下进行吸收实验。
该吸收剂对纯SO2气体的吸收量16.37g，单位吸收量为0.33g/g(SO2/吸收剂)。该吸收剂在混合气体的流量为400ml/min下的脱硫率达到99.0％。
实施例5
称取平均分子量为5000的聚1-乙烯基咪唑15.30g，对苯二酚0.20g，哌嗪 3.50g，水30.60g制成吸收剂，分别利用纯SO2气体和SO2含量为1.2Vol％(体积百分数，下同)的混合气体在30℃下进行吸收实验。
该吸收剂对纯SO2气体的吸收量15.37g，单位吸收量为0.31g/g(SO2/吸收剂)。该吸收剂在混合气体的流量为400ml/min下的脱硫率达到97.5％。
实施例6
称取平均分子量为10000的聚1-乙烯基咪唑15.30g，对苯二酚0.20g，哌嗪3.50g，水30.60g制成吸收剂，分别利用纯SO2气体和SO2含量为1.2Vol％(体积百分数，下同)的混合气体在30℃下进行吸收实验。
该吸收剂对纯SO2气体的吸收量14.88g，单位吸收量为0.30g/g(SO2/吸收剂)。该吸收剂在混合气体的流量为400ml/min下的脱硫率达到94.1％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于选择性吸收SO2的咪唑聚合物吸收剂，其特征在于：所述吸收剂包括以下组分：水，咪唑类聚合物，抗氧化剂，活化添加剂；其中，所述咪唑类聚合物的通式为：
Figure FDA0002306518730000011
2.根据权利要求1所述的选择性吸收SO2的咪唑聚合物吸收剂，其特征在于：其对应的单体为1-乙烯基咪唑，所述1-乙烯基咪唑单体结构单元间的连接形式为头-尾连接、尾-尾连接或头-头连接；其中：
所述头-尾连接是指以如下形式进行连接：
Figure FDA0002306518730000012
所述尾-尾连接是指以如下形式进行连接：
Figure FDA0002306518730000013
所述头-头连接是指以如下形式进行连接：
Figure FDA0002306518730000014
3.根据权利要求1或2所述的选择性吸收SO2的咪唑聚合物吸收剂，其特征在于：所述通式中R1和R2为聚合物端基，是由于聚合过程引发剂的自由基残基造成。
4.根据权利要求1所述的选择性吸收SO2的咪唑聚合物吸收剂，其特征在于：所述的咪唑类聚合物的分子量位于1000～100000的区间内。
5.根据权利要求1所述的选择性吸收SO2的咪唑聚合物吸收剂，其特征在于：所述抗氧化剂选自对苯二酚及其衍生物、邻苯二酚及其衍生物、蒽醌及其衍生物中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的选择性吸收SO2的咪唑聚合物吸收剂，其特征在于：活化添加剂选自醇胺类物质、二胺类物质、咪唑类物质中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的选择性吸收SO2的咪唑聚合物吸收剂，其特征在于：所述咪唑类聚合物的质量百分含量为10～50％，所述抗氧化剂的质量百分数为0.01～0.2％，所述活化添加剂的质量百分含量为3.00～10.00％，余量为水。
8.权利要求1所述的吸收剂用于SO2吸收。
CN201710297234.0A 2017-04-28 2017-04-28 用于选择性吸收so2的咪唑聚合物吸收剂及其应用 Active CN107096364B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710297234.0A CN107096364B (zh) 2017-04-28 2017-04-28 用于选择性吸收so2的咪唑聚合物吸收剂及其应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710297234.0A CN107096364B (zh) 2017-04-28 2017-04-28 用于选择性吸收so2的咪唑聚合物吸收剂及其应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107096364A CN107096364A (zh) 2017-08-29
CN107096364B true CN107096364B (zh) 2020-05-15

Family

ID=59657361

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710297234.0A Active CN107096364B (zh) 2017-04-28 2017-04-28 用于选择性吸收so2的咪唑聚合物吸收剂及其应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107096364B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003022892A2 (de) * 2001-09-01 2003-03-20 Universität Stuttgart Institut Für Chemische Verfahrenstechnik Sulfinatgruppen enthaltende oligomere und polymere und verfahren zu ihrer herstellung
CN101537304A (zh) * 2009-04-17 2009-09-23 合肥工业大学 一种环胺类二氧化硫气体吸收剂及其制备方法
CN103657342A (zh) * 2013-12-10 2014-03-26 陕西省石油化工研究设计院 一种高效可再生so2吸收剂
CN105617820A (zh) * 2016-03-24 2016-06-01 天津大学 用于选择性吸收so2的复合式吸收剂及其应用

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003022892A2 (de) * 2001-09-01 2003-03-20 Universität Stuttgart Institut Für Chemische Verfahrenstechnik Sulfinatgruppen enthaltende oligomere und polymere und verfahren zu ihrer herstellung
CN101537304A (zh) * 2009-04-17 2009-09-23 合肥工业大学 一种环胺类二氧化硫气体吸收剂及其制备方法
CN103657342A (zh) * 2013-12-10 2014-03-26 陕西省石油化工研究设计院 一种高效可再生so2吸收剂
CN105617820A (zh) * 2016-03-24 2016-06-01 天津大学 用于选择性吸收so2的复合式吸收剂及其应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN107096364A (zh) 2017-08-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102120179B (zh) 用于吸附超微量二氧化硫的改性活性炭纤维的制备方法
CN102218254A (zh) 捕集二氧化碳气体的复合胺及复合胺吸收剂
CN106178838A (zh) 一种复合哌嗪类有机胺脱硫剂
CN102059039B (zh) 烟气净化设备以及硫酸制备方法
CN101530799B (zh) 氮氧化物催化吸附剂及其制备方法
CN104190358B (zh) NOx吸附剂
CN104226248B (zh) 一种半焦负载锰铜吸附剂的制备方法及其吸附剂的应用
CN110801821B (zh) 高温脱除硫化氢复合吸附剂的制备方法
CN106492821A (zh) 一种低温高效抗硫抗水协同脱硝脱汞催化剂的制备方法
CN103657342B (zh) 一种高效可再生so2吸收剂
CN107096364B (zh) 用于选择性吸收so2的咪唑聚合物吸收剂及其应用
CN101537300A (zh) 一种可循环的二氧化硫气体吸收剂及其制备方法
CN102886242A (zh) 固载有机胺的高效吸附酸性气体改性分子筛的制备方法
CN102974359A (zh) 一种同时脱硫脱硝催化剂及其制备方法
CN103301718B (zh) 一种回收、浓缩尾气中二氧化硫的装置
CN105617839A (zh) 一种烟气脱硫的工艺
CN111467933A (zh) 一种多位点质子型离子液体复合膜选择性分离氨气的方法
CN103537183B (zh) 一种增湿型烟气循环流化床脱硫增效剂的制备及使用方法
CN102688680A (zh) 一种燃煤电站烟气海水联合脱硫脱氮的方法
CN103432883B (zh) 一种烟气复合型脱硫剂
CN102794096A (zh) 一种脱除烟气中二氧化碳的方法
CN105617820A (zh) 用于选择性吸收so2的复合式吸收剂及其应用
CN103160358A (zh) 脱硝水煤浆
CN101219336A (zh) 可再生的微生物金属氧化物络合体吸附脱硫剂和制备方法
CN103432865A (zh) 用于烟气脱硫的复合吸收剂

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant